Диссертация (1151678), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Придальнейшем увеличении влажности (участок cd) f уменьшается, посколькууменьшается липкость, и, кроме того, почвенная влага начинает играть рольсмазки.Следующим после влажности фактором, оказывающим существенноевлияние на f, является механический состав почвы, а точнее содержаниечастиц менее 0,1 мм, т.е. физической глины (рисунок 1.9). Для различныхпочв максимум f приходится на разные значения влажности и колеблется впределах от 0,25 до 0,90. Кроме механического состава на величину силтрения влияет структурность почв. Поэтому значения силы трения должныфункционально зависеть от влажности, удельной поверхности и пористости63почв.
При анализе научной литературы по данной тематике такихобобщенных зависимостей не найдено.0,7глинаfсуглинок0,60,5песок0,3супесь0,40,20,10010203040506070Содержание частиц меньше 0,01 мм (%)Рисунок 1.9 – Влияние содержания физической глинына коэффициент трения(песчаные менее 10%, супесчаные 10...20%,суглинистые 20...50%, глинистые почвы более 50%)Сопротивление пенетрации, которое еще называют твердостью,представляет собой характеристику, зависящую как от свойств материала,так и, в большинстве случаев, от метода измерения.Сопротивлениепенетрометрамипочвыизмеряют(твердомерами).специальнымиРезультатомприборамиизмерения–являетсятвердограмма (рисунок 1.10)При погружении деформаторов в почву происходят различныепроцессы: уплотнение почвы, трение поверхности деформатора о почву, атакже деформации сдвига, [29, 79, 118].Описать процессы взаимодействия плунжера с почвой на базеизвестных законов деформирования тел (при сжатии и сдвиге) закона Гука,характеризующего упругое поведение твердых тел можно только в пределахмалых деформаций, а закона Ньютона, описывающего вязкое течение можно64пи постоянной скорости плунжера.
Абсолютная величина объемнойдеформации почвы за малый промежуток времени, пропорциональнаскорости деформирования, а объем почвы, задействованной в процесседеформирования пропорциональна скорости распространения деформаций впочве.Краткоперечислимосновныетрудности,возникающиеприопределении твердости почв и мешающие количественной оценке иобъективному сопоставлению (сравниванию) результатов: необходимостьрегулярной тарировки пружин и построение тарировочных кривых; сильноевлияние на результаты измерений скорости погружения плунжера, а такжеего формы и сечения.P, HPbPaA0haBChbhch, ìРисунок 1.10 – Диаграмма сопротивления пенетрации(–– до обработки, - - после обработки)Функциявлагопроводности–зависимостькоэффициентавлагопроводности от влажности почвы или от давления почвенной влаги.Она относится к ряду функций, которые описывают способность почвудерживатьипроводитьпочвеннуювлагуподдействиемтермодинамических сил и их градиентов (рисунок 1.11) [61, 62].
Даженебольшое изменение содержания влаги в почве может обусловить весьма65заметноеизменениевлагопроводности.Различаюткапиллярнуюхарактеристику влагопроводности (КХВ) и влажностную характеристикувлагопроводности (ВХВ). Как и основная гидрофизическая характеристика,эта функция является отражением строения порового пространства почвы.KψРисунок 1.11 – Вид функции влагопроводностиМетоды определения функции влагопроводности разделяются настационарные и нестационарные. Их использование ограничено достаточноузким интервалом исследуемых значений коэффициента влагопроводности инеобходимостью поддерживания высокой интенсивности испарения споверхности. Наибольшее распространение, в настоящее время, имеютметоды нестационарного потока влаги [142, 143] и методы синхронныхпрофилей влажности и потенциала.
Кроме нестационарных методов широкоераспространениеимеютметодыматематическогомоделированиявлагопроводности с помощью педотрансферных функций, однако при ихиспользовании не всегда учитывается их физическая обоснованность.Поэтому теоретические и экспериментальные методы и подходы нуждаютсяв совершенствовании и новых разработках.1.7. Выводы по главеПриобоснованиимелиоративныхмероприятийиразработкеэкологически безопасных мелиоративных технологий, не вызывающих66необратимых процессов в почвенном слое, актуальной задачей являетсясовершенствование модели порового пространства почвы и разработкаметодикиопределенияфункциональнойзависимостиосновнойгидрофизической характеристики почв и функции влагопроводности.
Приэтом использование информационных технологий и методов математическойстатистики позволит более точно подойти к обоснованию мелиоративныхмероприятий и технологий. Концептуальная модель изучения динамикигидрофизических свойств почв и моделирования порового пространства нановом энергетическом уровне, позволяющая обосновать экологическиприемлемыемелиоративныеприемыитехнологии,обеспечивающиесопряжение природных процессов с антропогенным воздействием, приведенана рисунке 1.12Аэродинамический методТрехмерная капиллярная модель поровогопространстваУсловия роста и развития растенийУсловия проведения мелиоративных работКоэффициентфильтрацииОценкауплотненияпочвыОсновная гидрофизическаяхарактеристика почвы,функция влагопроводностиОпределениеинтенсивностивпитывания влаги идинамики контуровувлажненияЛипкость,трение,энергетическиесостоянияпочвеннойвлагиОценка мелиоративных мероприятийПринятие управленческих решенийМероприятияпоразуплотнениюОпределение сроков инорм эрозионнобезопасного поливаВыбор условий ирежимовпроведениямелиоративныхработПовышение эффективности сельскохозяйственного производстваЭнерго – ресурсо – влагосбережениеРисунок 1.12 – Концептуальная модель исследования пористой среды почвыдля обоснования мелиоративных мероприятий и технологий67Дляисследованияэффективностимелиоративныхмероприятийсчитаем целесообразным использование базиса таких почвенных параметрови характеристик, которые объективно выражают свойства почвы как системывлагопереноса; меняются в зависимости от вида процессов протекающих всистеме; легко вычисляются и оцениваются по экспериментальным данным.Важную роль при этом играют влажность, пористость, удельная поверхностьтвердой фазы почв, липкость, силы трения, энергетические состоянияпочвенной влаги связанные с реологическими моделями, размеры почвенныхагрегатов, глубина и толщина уплотненного слоя почвы.На схеме пунктиром выделено две области.
Первая состоит изэлементов описывающих условия развития растений и условия проведениямелиоративных работ. Учет этих условий может реализоваться путемиспользования трехмерной капиллярной модели порового пространства.Анализзадачисследованияопределяетосновныенаправлениясовершенствования и развития модели. Одновременный учет условий роста иразвития растений и условий проведения мелиоративных работ можетпозволить проведение выбора вариантов управленческих решений наколичественной основе с привлечением обширной базы имеющихся в наукеэкспериментальных данных (вторая область).
Таким образом, итогомисследованийдолжносельскохозяйственногоявлятьсяпроизводстваповышениепутемэнергоэффективности–ресурсо–ивлагосбережения.При управлении ресурсами и производственными процессами в ходеагромелиоративных и культуртехнических мероприятий не оптимальнопринятые решения влекут за собой неоправданные потери влаги и ростэнергоёмкости. Для минимизации энергоёмкости агромелиоративных икультуртехническихмероприятий(плантаж,глубокоерыхление,фрезерование) необходим учет таких величин, определяющих как липкость итрение почвы. Моделирование этих величин в виде функций от основныхпочвенных параметров возможно с помощью ОГХ полученной на основе68трехмерноймоделипоровогопространства.Результатпринятыхуправленческих решений можно оценить, анализируя изменения свойств ипараметровпочвы.Такойподходпозволяетпоэффективностиэнергетических материальных затрат на проведение агромелиоративных икультуртехнических мероприятий осуществить выбор наилучшего изимеющихся вариантов.
Ввиду важности такого выбора, желательнопроведениедублированияпривлечениемизмеренийинформационныхальтернативнымитехнологий,методамисобеспечивающихминимальность затрат времени и энергии. На основе теоретическихпредпосылок, получаемых при исследовании энергетического состоянияпочвенной влаги, необходимо разработать трехмерные модели поровогопространстваконцепциюпочвы.оценкиводоудерживающиеНаихосновепочвенныхсвойстваразработатьхарактеристик,почвы,аэродинамическуюсогласнофильтрационныекоторойсвойства,реологические модели почв и энергетическое состояние почвенной влагирассматриваются как единая система взаимосвязанных функций.Резюмируя, считаем необходимой разработку трехмерных моделей дляполучения физически обоснованной ОГХ. Такой подход может позволитьучет динамики воды в почве при орошении, условий роста и развитиярастений (с помощью ОГХ, функции влагопроводности) и условийфункционирования орудий при агромелиоративных и культуртехническихмероприятиях - плантаже, глубоком рыхлении, фрезеровании (липкость,трение, реологические модели).
Суммарно реализация исследований делаетвозможнымопределениесроковпроведенияагромелиоративныхикультуртехнических мероприятий, выбор орудий, условий и режимовфункционированиятехники,проектированиеииспытаниеэкспериментальных орудий. Таким образом, итогом исследований должностать повышение эффективности сельскохозяйственного производства путемэнерго – ресурсо – и влагосбережения.692. МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОРОВОГО ПРОСТРАНСТВА ИОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЧВ ДЛЯЦЕЛЕЙ МЕЛИОРАЦИИ, ВЕРИФИКАЦИЯ ОГХ ДЛЯ ОСНОВНЫХПОЧВ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИРассмотрим вопросы совершенствования почвенной модели поровогопространства с учетом энергетики почвенной влаги и возможностью заданиягранулометрического состава почвы.Передвижение влаги в почве обусловлено совокупностью физических игидрофизических свойств почвы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
